AT502532B1 - Bicycle, has foot pedal moved independently of drive wheel and connected to braking device that provides moment of resistance to rotation of foot pedal, where moment of resistance of braking device is controlled by control device - Google Patents

Abstract

The bicycle has a drive wheel and a motor connected to the drive wheel. A power accumulator is provided for supplying power to the motor. A control device (6) is provided for controlling the motor and a foot pedal. The foot pedal is moved independently of the wheel and is connected to a braking device that provides a moment of resistance to the rotation of the pedal, where the moment of resistance is controlled by the control device.

Description

Ί Ί 2 ΑΤ 502 532 Β1ΑΤ Ί 2 ΑΤ 502 532 Β1

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, mit mindestens einem Antriebselement, einem Motor, der mit dem Antriebselement verbunden ist, einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Motors und mit einer unabhängig vom Antriebselement bewegbaren Tretkurbel, die mit einer Bremseinrichtung verbunden ist, die der Drehung der Tretkurbel ein Widerstandsmoment entgegensetzt. 5 Dabei übernimmt die Tretkurbel die Funktion eines Gaspedals oder Gashebels eines herkömmlichen Fahrzeugs und dient zur Steuerung der aufgebrachten Antriebsleistung. Als Fahrzeug im Sinn der vorliegenden Erfindung sind primär Fahrräder und Motorräder oder mehrspurige Landfahrzeuge wie ATVs anzusehen, die Erfindung ist aber auch auf viele andere Typen von Fahrzeugen anwendbar, wie etwa Boote, Tretboote, Jet-Skis, Unterseeboote, Snowmobile oder io Leichtflugzeuge und sonstige Luftfahrzeuge.The invention relates to a vehicle having at least one drive element, a motor which is connected to the drive element, a control device for controlling the motor and with a pedal independently movable from the drive crank, which is connected to a braking device, the rotation of the crank a resistive torque opposes. 5 Here, the pedal cranks the function of an accelerator pedal or throttle lever of a conventional vehicle and serves to control the applied drive power. As a vehicle in the sense of the present invention, primarily bicycles and motorcycles or multi-lane land vehicles such as ATVs are to be considered, but the invention is also applicable to many other types of vehicles such as boats, paddle boats, jet skis, submarines, snowmobiles or light aircraft and others aircraft.

Es sind verschiedene Fahrzeuge bekannt, die einerseits mit Muskelkraft und andererseits mit einem Zusatzantrieb angetrieben werden können. Es handelt sich dabei zumeist um Elektro-fahrräder, die eine Tretkurbel aufweisen, die über eine Antriebskette mit dem Hinterrad verbun-15 den ist und zusätzlich mit einem Elektromotor ausgestattet sind, der alternativ oder zusätzlich zum Muskelantrieb eingesetzt werden kann. Nachteilig bei solchen Lösungen ist, dass bei gemischtem Betrieb die Fahrgeschwindigkeit nicht oder nur indirekt mit dem Antriebsmoment zusammenhängt, das an der Tretkurbel aufgebracht wird. Der Fahrer eines solchen Fahrrades muss daher sowohl den Elektromotor über einen Regler steuern, als auch eine entsprechende 20 Anpassung der Tretleistung vornehmen, um die jeweils gewünschte Geschwindigkeit in Abhängigkeit von Steigungen, Gefällen und Windbedingungen hersteilen zu können. Weiters ist aus der US 3,884,317 A ein Fahrrad bekannt geworden, das einen elektrischen Antrieb und eine Tretkurbel aufweist, die jedoch einen Generator antreibt und nicht mehr mit einem der Räder verbunden ist. Zusätzlich dazu kann Strom aus einer Batterie in das System eingespeist wer-25 den, so dass der elektrische Antriebsmotor teilweise mit dem Strom versorgt wird, den der Fahrer über die Tretkurbel am Generator erzeugt und teilweise aus dem der Batterie entnommenen Strom. Mit einem solchen Fahrrad lässt sich die Fahrgeschwindigkeit innerhalb vorgegebener Grenzen weitgehend durch die an der Tretkurbel aufgebrachten Leistung steuern. Was einen für den Anwender im Vergleich zur vorigen Lösung vereinfachten Betrieb ergibt. 30There are various vehicles known that can be driven on the one hand with muscle power and on the other hand with an auxiliary drive. These are mostly electric bicycles, which have a pedal crank, which is connected via a drive chain with the rear wheel 15 and are additionally equipped with an electric motor that can be used alternatively or additionally to the muscle drive. The disadvantage of such solutions is that in mixed operation, the driving speed is not or only indirectly related to the drive torque, which is applied to the crank. The driver of such a bicycle must therefore both control the electric motor via a regulator, as well as make a corresponding adjustment 20 of pedaling in order to produce the respective desired speed in response to inclines, gradients and wind conditions can. Furthermore, from US 3,884,317 A a bicycle has become known which has an electric drive and a crank, but which drives a generator and is no longer connected to one of the wheels. In addition, power from a battery may be fed into the system, such that the electric drive motor is partially powered by the driver's power generated by the pedal on the generator and partially by the current drawn from the battery. With such a bicycle, the driving speed can be largely controlled within predetermined limits by the power applied to the pedal crank. This results in a simplified operation for the user compared to the previous solution. 30

Eine ähnliche Lösung ist in der EP 784 008 A2 beschrieben. Durch eine Tretkurbel wird Strom erzeugt, der dazu verwendet wird, einen Elektromotor anzutreiben. Zur Vergrößerung der Leistung stehen zusätzliche Stromquellen, wie Solarzellen oder eine Brennkraftmaschine zur Verfügung. 35A similar solution is described in EP 784 008 A2. A crank generates electricity that is used to drive an electric motor. To increase the power are additional power sources, such as solar cells or an internal combustion engine available. 35

Durch eine entsprechende Schaltung des Generators wird versucht, ein annähernd natürliches Verhalten eines solchen Fahrrades im Vergleich zu einem mechanisch angetriebenen Fahrzeug herzustellen, das heißt, dass innerhalb einer Schaltstellung die Drehzahl der Antriebskurbel der Drehzahl des Antriebsrads entspricht. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass diese Forderung 40 nur im stationären oder annähernd stationären Betrieb einigermaßen zu erreichen ist. In Übergangszuständen, das heißt, im transienten Betrieb, unterscheidet sich ein Fahrrad dieser Art erheblich von einem herkömmlichen Fahrrad, was sich unangenehm auf die Fahrbarkeit auswirkt. Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösung besteht darin, dass bei leistungsstarken Antrieben hohe Schwankungen des Antriebsmoments zu beobachten sind, die das Fahrverhal-45 ten negativ beeinflussen. Ähnliche Nachteile gelten auch für die in der WO 00/59773 A2 beschriebenen Lösung.By an appropriate circuit of the generator is trying to produce a nearly natural behavior of such a bicycle compared to a mechanically driven vehicle, that is, that within a shift position, the speed of the drive crank corresponds to the rotational speed of the drive wheel. However, it has been found that this requirement 40 can be reasonably achieved only in stationary or approximately stationary operation. In transient conditions, that is, in transient operation, a bicycle of this type differs significantly from a conventional bicycle, which has an unpleasant effect on drivability. Another disadvantage of the known solution is that with high-performance drives high fluctuations in the drive torque are observed, which negatively affect the driving behavior. Similar disadvantages also apply to the solution described in WO 00/59773 A2.

Ferner zeigt die DE 200 02 006 U einen Hilfsantrieb für ein Fahrrad, bei dem das in den norma-50 len Antriebsstrang durch einen Elektromotor zusätzlich eingebrachte Drehmoment begrenzt wird, um eine Überbeanspruchung der nachfolgenden Komponenten zu vermeiden. Es liegt hier jedenfalls eine direkte Verbindung zwischen Tretkurbel und Antriebsrad vor, so dass die Verhältnisse nicht mit denen vergleichbar sind, die bei unabhängig bewegbaren Tretkurbeln auftre-ten. 55 3 AT 502 532 B1Furthermore, the DE 200 02 006 U shows an auxiliary drive for a bicycle, in which the torque in the norma-50 len powertrain additionally introduced by an electric motor torque is limited in order to avoid overuse of the following components. In any case, there is a direct connection between crank and drive wheel, so that the conditions are not comparable with those that occur with independently movable cranks. 55 3 AT 502 532 B1

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Fahrzeug der oben beschriebenen Art so weiterzubilden, dass mit vertretbarem Aufwand eine möglichst realitätsnahe Abbildung des Verhaltens eines mechanisch angetriebenen Fahrzeugs erreicht werden kann. Dabei soll insbesondere ein angenehmes Fahrverhalten erzielt werden, das auch bei leistungsstarken Antrieben einen 5 gleichmäßigen Vortrieb sicherstellt.Object of the present invention is to develop a vehicle of the type described above so that with reasonable effort as realistic as possible mapping of the behavior of a mechanically driven vehicle can be achieved. In particular, a pleasant driving behavior is to be achieved, which ensures a 5 even propulsion even with high-performance drives.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass die Steuerungseinrichtung den Motor in Abhängigkeit von dem mit der Tretkurbel entsprechend dem jeweiligen Kurbelwinkel augenblicklich aufgebrachten Drehmoment bzw. einer damit zusammenhängenden Größe wie io Leistung oder Drehzahl unter Anwendung einer zeitlichen Glättung steuert. Dabei ist festzuhalten, dass bei der praktischen Ausführung nicht nur das Drehmoment an der Tretkurbel selbst herangezogen werden kann, sondern auch eine damit zusammenhängende Größe. Im Allgemeinen wird das Drehmoment, das an der Tretkurbel aufzubringen ist, um eine bestimmte Drehzahl der Tretkurbel zu erreichen, mit der Drehzahl ansteigen. Somit ist es auch möglich, 15 die Drehzahl der Tretkurbel als ein das Moment charakterisierendes Signal heranzuziehen, oder auch die an der Tretkurbel aufgebrachte Leistung.According to the invention, these objects are achieved in that the control device controls the engine as a function of the torque instantaneously applied with the pedal crank in accordance with the respective crank angle, or a variable associated therewith, such as power or speed using a temporal smoothing. It should be noted that in the practical design not only the torque can be used on the pedal itself, but also a related size. In general, the torque to be applied to the crank to achieve a certain speed of the pedal crank will increase with speed. Thus, it is also possible to use the speed of the crank as a signal characterizing the moment, or the power applied to the crank.

Insbesondere ist mit der vorliegenden Erfindung möglich, die Leistung des Motors, der das Fahrzeug betreibt, durch die Betätigung der Tretkurbel zu steuern, indem man schneller tritt und 20 mehr Leistung aufbringt um das Fahrzeug zu beschleunigen, langsamer um langsamer zu werden und gleichbleibend tritt um die Geschwindigkeit beizubehalten. Dabei können die insbesondere im Fall hoher Motorleistungen auftretenden Schwierigkeiten vermieden werden, die aus dem über die Kurbelumdrehung üblicherweise nicht gleichbleibenden Größen wie Drehmoment und Drehzahl Zusammenhängen. Im Verlauf von 360° Kurbelumdrehung verändert sich 25 der Drehwinkel und durch die veränderten Hebelverhältnisse werden die Beine wechselseitig belastet und entlastet. Dies hat zur Folge, dass während der gesamten Umdrehung Drehmoment und Drehzahl wellenförmig schwanken, auch wenn sich der Fahrer darauf konzentriert, gleichmäßig zu treten. Durch die vorliegende Erfindung werden Schwankungen in der Antriebsleistung ausgeglichen, die bei herkömmlichen Fahrzeugen auftreten würden, wenn sie mit 30 einem ausreichend starken Motor ausgestattet wären. Bei solchen Fahrzeugen würde es sehr schwierig sein, eine runde kontinuierliche Fahrweise zu erzielen und eine bestimmte Geschwindigkeit gleichbleibend zu halten, da der Motor, entsprechend der an der Drehkurbel auftretenden Schwankungen, analoge Schwankungen im abgegebenen Drehmoment aufweisen würde. Dazu kommt bei starken Motoren ein Effekt, der darin besteht, dass die Schwankungen des 35 Antriebsmoment des Motors mit entsprechenden Beschleunigungen und Verzögerungen einhergehen, die den Fahrer in seinen Bemühungen gleichmäßig zu treten noch weiter stören und es dadurch zu einer Aufschaukelung der Effekte kommt.In particular, with the present invention, it is possible to control the performance of the engine operating the vehicle by operating the crankset by pedaling faster and applying more power to accelerate the vehicle, slowing down to slow down, and consistently reversing to maintain the speed. In this case, the difficulties encountered in particular in the case of high engine performance can be avoided, which are related from the usually not constant over the crankshaft rotation variables such as torque and speed. In the course of 360 ° crank rotation 25 changes the angle of rotation and the change in leverage, the legs are alternately loaded and relieved. As a result, during the entire revolution, torque and rotational speed fluctuate in a wave-like manner, even if the driver concentrates on stepping evenly. The present invention compensates for variations in drive power that would occur in conventional vehicles if they were equipped with a sufficiently powerful motor. In such vehicles, it would be very difficult to achieve a round continuous driving style and to keep a certain speed constant, since the engine, according to the variations occurring at the rotary crank, would have analogous fluctuations in the output torque. In addition, strong engines have an effect in that the engine torque fluctuations are accompanied by corresponding accelerations and decelerations that further disturb the driver in his efforts to cause the effects to rocket.

Diese Charakteristik zeigt sich bei den derzeit am Markt befindlichen Fahrrädern deshalb nicht, 40 da diese mit einem Motor ausgestattet sind, der ungefähr in der Leistungsklasse von Menschen liegt (250 Watt) und deshalb nicht genügend Leistungsreserven besitzt, um selbst bei geringen Geschwindigkeiten die oben beschriebenen Phänomene zu zeigen. Die Effekte treten erst dann auf, wenn entsprechend leistungsstarke Motoren verwendet werden, die ein Mehrfaches der vom Menschen aufgebrachten Leistung erbringen können, wie etwa im Fall von Fahrrädern 45 eine Leistung von mehr als 1 kW bzw. bei anderen Fahrzeugen eine entsprechende Größe.This characteristic is not apparent in the bicycles currently on the market because they are equipped with an engine that is approximately in the power class of people (250 watts) and therefore does not have enough power reserves to perform the above described ones even at low speeds Show phenomena. The effects only occur when correspondingly powerful engines are used, which can provide a multiple of the human-applied power, such as in the case of bicycles 45 a power of more than 1 kW or in other vehicles of a size.

Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist, dass die Haupteinflussgröße für die Steuerung des Motors nach wie vor das Drehmoment an der Bremseinrichtung ist, das von der das Fahrzeug betreibenden Person aufgebracht wird, bzw. eine mit diesem Drehmoment unmittelbar so zusammenhängende Größe, wie etwa Drehzahl oder Leistung, und dass dieser Wert allerdings einer gewissen zeitlichen Glättung unterzogen wird. Die Zeitkonstante der Glättung sollte etwa im Bereich der Zeitdauer einer typischen Kurbelumdrehung liegen, also größenordnungsmäßig etwa eine Sekunde betragen. Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden gleichmäßige Geschwindigkeiten in allen Geschwindigkeitsbereichen ermöglicht, ohne die gewollte Erhöhung 55 der Geschwindigkeit (Gas geben) zu vernachlässigen. 4 AT 502 532 B1It is essential to the present invention that the main influencing variable for the control of the engine is still the torque at the braking device, which is applied by the vehicle operator, or a directly related to this torque size, such as speed or Performance, and that this value, however, is subject to a certain temporal smoothing. The time constant of the smoothing should be approximately in the range of the duration of a typical crank revolution, that is, on the order of magnitude of about one second. With the solution according to the invention uniform velocities are made possible in all speed ranges, without neglecting the desired increase in speed 55 (give gas). 4 AT 502 532 B1

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Motor als Elektromotor ausgebildet ist und dass die Bremseinrichtung einen Generator umfasst, der Strom in den Stromspeicher lädt. Der im Generator erzeugte Strom kann aber auch beispielsweise für die Beleuchtung oder für die Versorgung anderer Verbraucher verwen-5 det werden. Der durch den Generator erzeugte Strom kann in besonders eleganter Weise als Signal verwendet werden, das das an der Tretkurbel aufgebrachte Drehmoment charakterisiert und nach erfindungsgemäßer Glättung für die Steuerung des Elektromotors verwendet wird. Alternativ dazu kann der Motor als Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung ausgebildet sein. 10 Für die Realisierung der Glättung stehen verschiedene Verfahren zur Auswahl. Zum einen kann das Signal, das das augenblickliche Drehmoment an der Tretkurbel abbildet, durch einen analogen Tiefpassfilter geglättet werden. Dadurch werden hohe Frequenzen, die beispielsweise von der Unregelmäßigkeit des Drehmoments an der Tretkurbel beseitigt, die durch die unter-15 schiedlichen Hebelverhältnisse in Abhängigkeit von der Winkellage verursacht werden.In a particularly preferred embodiment of the invention can be provided that the motor is designed as an electric motor and that the braking device comprises a generator that loads electricity into the power storage. However, the power generated in the generator can also be used, for example, for the lighting or for the supply of other consumers. The current generated by the generator can be used in a particularly elegant way as a signal that characterizes the torque applied to the pedal crank and after smoothing according to the invention is used for the control of the electric motor. Alternatively, the engine may be formed as an internal combustion engine. 10 For the realization of the smoothing different methods are available. On the one hand, the signal representing the instantaneous torque on the crank can be smoothed by an analog low-pass filter. As a result, high frequencies are eliminated, for example, from the irregularity of the torque on the crank, which are caused by the under-15 different leverage ratios depending on the angular position.

Eine alternative Methode ist das Verfahren des gleitenden Durchschnitts, das insbesondere dann mit großem Vorteil eingesetzt werden kann, wenn die Signalverarbeitung digital erfolgt. 20 Die Berechnung erfolgt dabei auf folgende Weise:An alternative method is the moving average method, which can be used to great advantage particularly when signal processing is digital. 20 The calculation is done in the following way:

Allgemein hängt die Leistung P des Elektromotors von der Leistung PT an der Tretkurbel ab: PM = f(PT) (1) 25 wobei f eine vorgegebene Funktion bedeutet.In general, the power P of the electric motor depends on the power PT on the crank: PM = f (PT) (1) 25 where f is a given function.

In zeitlicher Betrachtungsweise gilt für die Leistung P zum Zeitpunkt t: 30 PM(t) = f(PT(t), PT(t-1),... PT(t-i)...) (2) wobei der Einfluss von PT mit zunehmendem zeitlichen Abstand, d.h. größerem i immer mehr abnimmt. Das Verfahren des gleitenden Durchschnitts verwendet einen geglätteten Wert GT für das die Leistung PT, der nach folgender Formel berechnet wird: 35 GT(t) = a.PT(t) + (1-a).GT(t-1) (3)From a temporal point of view, for the power P at time t: 30 PM (t) = f (PT (t), PT (t-1), ... PT (ti) ...) (2) where the influence of PT with increasing time interval, ie bigger i is decreasing more and more. The moving average method uses a smoothed value GT for the power PT calculated according to the following formula: 35 GT (t) = a.PT (t) + (1-a) .GT (t-1) (3 )

Dabei steuert der Parameter α den Einfluss der Vergangenheit, d.h. dass ein Wert knapp unterhalb von 1 eine sehr geringe kurzzeitige Glättung bedeutet und dass ein kleinerer Wert eine 40 stärkere Einbeziehung der Vergangenheit und damit eine stärkere Glättung bewirkt. Werden die einzelnen Werte alle 10 Millisekunden genommen, so ist ein Wert von α = 0,04 eine vorteilhafte Wahl. Je größer die zeitliche Auflösung ist, umso kleiner wird α gewählt.The parameter α controls the influence of the past, i. that a value just below 1 means a very small short-term smoothing, and that a smaller value causes a 40 stronger inclusion of the past and thus a greater smoothing. If the individual values are taken every 10 milliseconds, a value of α = 0.04 is an advantageous choice. The greater the temporal resolution, the smaller α is chosen.

Im analogen Bereich wird der oben beschriebene Effekt in ähnlicher Weise durch ein Integrati-45 onsglied bewirkt.In the analog domain, the effect described above is similarly effected by an integrator.

Eine alternative Methode zur Glättung der Steuersignale ist das Verwenden eines Kondensators in Parallelschaltung zum Motor, oder alternativ zum Generator, wenn ein solcher vorgesehen ist. Der Kondensator wirkt dann ähnlich wie eine Schwungscheibe als Ausgleichsglied für so die schwankenden Ströme des Motors bzw. des Generators und gleicht bei richtiger Dimensionierung die Schwankungen entsprechend aus.An alternative method for smoothing the control signals is to use a capacitor in parallel with the motor, or alternatively to the generator if one is provided. The capacitor then acts much like a flywheel as a balancing member for so the fluctuating currents of the motor or the generator and compensates for the fluctuations when properly sizing accordingly.

Eine weitere Methode zur Glättung der Steuersignale erhält man, wenn man über einen Steuerhebel, oder auch ein Gasgriff wie bei Motorrädern üblich, eine maximal zu erreichende Ge-55 schwindigkeit festlegt, die nicht überschritten werden kann, unabhängig davon welche Leistung 5 AT 502 532 B1 von den Pedalen erbracht wird. Dabei wird bei Geschwindigkeiten unterhalb der Maximalgeschwindigkeit die Leistung am Motor proportional zu erbrachten Leistung an den Pedalen erbracht, sobald man in oder über den gerade eingestellten Maximalgeschwindigkeitsbereich kommt, bleibt der Leistung am Motor konstant, solange man diesen Bereich mit den Pedalen nicht unterschreitet. Der einzustellende Maximalgeschwindigkeitsbereich kann dabei in jedem Geschwindigkeitsbereich entweder kontinuierlich oder stufenweise variabel eingestellt werden.A further method for smoothing the control signals is obtained if, by means of a control lever or a throttle grip as usual with motorcycles, a maximum attainable speed is established which can not be exceeded, irrespective of which power 5 AT 502 532 B1 provided by the pedals. At speeds below the maximum speed, the power at the motor is proportional to the power delivered to the pedals, as soon as you get into or above the currently set maximum speed range, the power remains constant at the motor, as long as you do not fall below this range with the pedals. The set maximum speed range can be set either continuously or stepwise variable in each speed range.

Eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass das Widerstandsmoment der Bremseinrichtung von der Steuerungseinrichtung gesteuert ist. Wenn es erforderlich ist, können mit relativ einfachen Mitteln relativ hohe Widerstandsmomente an der Tretkurbel zur Verfügung gestellt werden, um beispielsweise das Anfahren am Berg realitätsnah simulieren zu können. Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die Bremseinrichtung eine Schwungmasse in der Form eines Schwungrads umfasst, die mechanisch die Trittfrequenzschwankungen ausgleicht. Durch das Vorsehen einer Schwungmasse wird die Steuerung wesentlich vereinfacht, da die Schwungmasse durch ihre Trägheit einer Änderung der Drehzahl der Tretkurbel selbsttätig Widerstand entgegensetzt. Die Masse der Schwungmasse kann in besonders vorteilhafter Weise dadurch verkleinert werden, dass die Schwungmasse mit der Tretkurbel über ein die Drehzahl erhöhendes Getriebe verbunden ist, das vorzugsweise ein Übersetzungsverhältnis von mindestens 1:3 aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, das Fahrzeug besonders leicht auszubilden.A preferred embodiment of the invention provides that the resistance moment of the braking device is controlled by the control device. If necessary, relatively high resistance torques on the crank can be provided with relatively simple means in order, for example, to be able to realistically simulate start-up on a mountain. It is particularly advantageous if the braking device comprises a flywheel in the form of a flywheel, which mechanically compensates for the cadence fluctuations. By providing a flywheel control is much easier because the flywheel by its inertia of a change in the speed of the pedal automatically opposes. The mass of the flywheel can be reduced in a particularly advantageous manner that the flywheel is connected to the crank over a speed-increasing transmission, which preferably has a gear ratio of at least 1: 3. In this way, it is possible to make the vehicle particularly easy.

Eine besonders realitätsnahe Nachbildung eines herkömmlichen Fahrrads kann dadurch erreicht werden, dass die Steuerungseinrichtung so ausgebildet ist, dass das Verhältnis der Drehzahl der Tretkurbel zu der Drehzahl des Antriebsrades stufenweise konstant ist. Die einzelnen Gangstufen werden dabei durch eine Schaltung angesteuert, die in der gleichen Weise betätigt werden kann, wie die Gangschaltung eines mechanisch angetriebenen Fahrrads. Unterschiedlich dabei ist jedoch, dass die Schaltung nicht das Übersetzungsverhältnis des mechanischen Getriebes verändert, sondern lediglich das Verhalten der Steuerungseinrichtung beeinflusst. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Steuerungseinrichtung so ausgebildet ist, dass das Verhältnis der Drehzahl der Tretkurbel zu der Drehzahl des Antriebsrades stufenweise variabel einem vorgegebenen Wert entspricht. Auf diese Weise kann ein Fahrzeug mit stufenlos variablem Getriebe simuliert werden.A particularly realistic replica of a conventional bicycle can be achieved in that the control device is designed so that the ratio of the speed of the pedal crank to the rotational speed of the drive wheel is gradually constant. The individual gear ratios are controlled by a circuit that can be operated in the same manner as the gear shift of a mechanically driven bicycle. It is different, however, that the circuit does not change the transmission ratio of the mechanical transmission, but only affects the behavior of the control device. Alternatively, it is also possible that the control device is designed so that the ratio of the speed of the pedal crank to the rotational speed of the drive wheel stepwise variably corresponds to a predetermined value. In this way, a vehicle can be simulated with continuously variable transmission.

Eine besonders begünstigte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die an der Tretkurbel aufgebrachte Leistung in einem konstanten Verhältnis zu der am Antriebsrad abgegebenen Leistung zu halten. Bei einer Steuerung dieser Art ist am Widerstand, der an der Tretkurbel anliegt, der jeweilige Fahrzustand des Fahrzeugs erkennbar. Dies bedeutet, dass bei der Bergauffahrt ein höherer Widerstand an der Tretkurbel feststellbar ist als etwa bei Rückenwind. Diese ermöglicht eine noch weitergehende Übereinstimmung des Fahrgefühls mit mechanisch angetriebenen Fahrzeugen als dies bei den oben beschriebenen Lösungen der Fall ist.A particularly favorable embodiment of the invention provides that the control device is designed to keep the power applied to the pedal in a constant ratio to the power delivered to the drive wheel. In a control of this kind, the respective driving condition of the vehicle is recognizable by the resistance applied to the pedal crank. This means that when driving uphill, a higher resistance to the pedal crank can be detected than with tailwind. This allows an even greater match of the driving feel with mechanically driven vehicles than is the case with the solutions described above.

Eine besonders präzise Ansteuerung der Bremse kann dadurch erreicht werden, dass die Bremseinrichtung eine hydrodynamische Bremse umfasst.A particularly precise control of the brake can be achieved in that the braking device comprises a hydrodynamic brake.

Ein Zusatznutzen, der den Betrieb dieses erfindungsgemäßen Fahrzeugs weiter vereinfacht kann dadurch erzielt werden, dass die Steuerungseinrichtung auch zum Bremsen des Fahrzeuges dient.An additional benefit that further simplifies the operation of this vehicle according to the invention can be achieved in that the control device also serves to brake the vehicle.

Weiters ist es von besonderem Vorteil, wenn die Bremseinrichtung als Kombination aus einer mechanischen Bremse und einer hydrodynamischen oder elektrischen Bremse ausgebildet ist und dass die mechanische Bremse primär beim Anfahren oder bei starkem Beschleunigen eingesetzt wird und dass die hydrodynamische oder elektrische Bremse primär im kontinuierlichen Betrieb und bei leichten Beschleunigungen oder Verzögerungen eingesetzt wird. Diese Zweiteilung entspricht zum einen der unterschiedlichen Steuerbarkeit der Bremssysteme, da 6 AT 502 532 B1 sich mechanische Bremsen punktgenau mit sehr hohem Moment steuern lassen, jedoch bei längerer Beanspruchung heiß laufen, während hydrodynamische oder elektrische Bremsen weniger genau gesteuert werden können, aber für Dauerbelastungen gut geeignet sind. 5 In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.Furthermore, it is of particular advantage if the braking device is designed as a combination of a mechanical brake and a hydrodynamic or electric brake and that the mechanical brake is used primarily when starting or during high acceleration and that the hydrodynamic or electric brake primarily in continuous operation and is used for slight acceleration or deceleration. On the one hand, this division corresponds to the different controllability of the brake systems, since the mechanical brakes can be controlled precisely with a very high torque, but run hot during prolonged use, while hydrodynamic or electric brakes can be less accurately controlled, but good for continuous loads are suitable. In the following, the present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments illustrated in the figures.

Die Figur 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs in einer seitlichen Darstellung, Fig. 2 zeigt ein Detail von Fig. 1 im Schnitt, in Fig. 3 ist eine Ausfüh-io rungsvariante der Erfindung in einem Schaltungsdiagramm dargestellt, und Fig. 4 und 5 zeigen weitere Ausführungsvarianten.1 shows the basic structure of a vehicle according to the invention in a side view, Fig. 2 shows a detail of Fig. 1 in section, in Fig. 3, an embodiment of the invention is shown in a circuit diagram, and Fig. 4 and 5 show further embodiment variants.

Das Fahrzeug ist als Fahrrad ausgebildet, das in herkömmlicher Weise ein Hinterrad 1, das das Antriebsrad darstellt, sowie ein Vorderrad 2 aufweist. Ein Elektromotor 3 treibt über eine Kette 4 15 das Hinterrad 1 an. Dabei wird der Elektromotor 3 über einen Stromspeicher 5 in der Form von wiederaufladbaren Batterien mit Energie versorgt. Ein Steuergerät 6 steuert den Elektromotor 3 beispielsweise über einen Frequenzumrichter, so dass eine jeweils vorgegebene Fahrgeschwindigkeit erreicht wird. 20 Wie bei einem herkömmlichen Fahrrad ist eine Tretkurbel 7 vorgesehen, die jedoch mechanisch nicht mit dem Antriebsrad 1 verbunden ist.The vehicle is formed as a bicycle conventionally having a rear wheel 1 which constitutes the drive wheel and a front wheel 2. An electric motor 3 drives via a chain 4 15 to the rear wheel 1. In this case, the electric motor 3 is supplied with energy via a power accumulator 5 in the form of rechargeable batteries. A control unit 6 controls the electric motor 3, for example via a frequency converter, so that a respective predetermined driving speed is achieved. 20 As in a conventional bicycle, a pedal crank 7 is provided, which however is not mechanically connected to the drive wheel 1.

In Fig. 2 ist der mechanische Aufbau im Bereich der Tretkurbel 7 mit einem Generator und einer zusätzlichen mechanischen Bremse als Bremseinrichtung näher dargestellt. Die Tretkurbel 7 ist 25 auf einer Welle 8 befestigt, die über Lager 9, 10 an einer gehäusefesten Halterung 11 angebracht sind. Verdrehtest mit der Welle 8 ist ein Hohlrad 12 verbunden, in das ein Zwischenzahnrad 13 eingreift, das auf einem Vorsprung 14 der Halterung 11 gehalten ist. Das Zwischenzahnrad 13 treibt ein Schwungrad 15 mit einem Übersetzungsverhältnis von etwa 3:1 an, das über weitere Lager 16, 17 drehbar auf der Welle 8 gelagert ist. Am Schwungrad 15 ist ein Scheiben-30 läufer 16, 18 angebracht, der mit einer feststehenden Wicklung 19 zusammenwirkt und einerseits als Drehzahlsensor dient, und andererseits Strom erzeugt, der Verbrauchern zugeführt werden kann.In Fig. 2, the mechanical structure in the pedal crank 7 with a generator and an additional mechanical brake as a braking device is shown in more detail. The pedal crank 7 is 25 mounted on a shaft 8, which are mounted on bearings 9, 10 on a housing-fixed bracket 11. Twisted test with the shaft 8, a ring gear 12 is connected, in which an intermediate gear 13 engages, which is held on a projection 14 of the holder 11. The intermediate gear 13 drives a flywheel 15 with a transmission ratio of about 3: 1, which is rotatably mounted on the shaft 8 via further bearings 16, 17. On the flywheel 15, a disc rotor 30, 16 is mounted, which cooperates with a fixed winding 19 and on the one hand serves as a speed sensor, and on the other hand generates electricity that can be supplied to consumers.

Schematisch dargestellt ist eine Bremsbacke 20, die auf die äußere Umfangsfläche des Hohlra-35 des 12 einwirkt und durch einen Elektromagnet 21 mit variabler Anstellkraft in Eingriff gebracht werden kann.Schematically illustrated is a brake shoe 20, which acts on the outer peripheral surface of the Hohlra-35 of 12 and can be brought by a solenoid 21 with variable contact force engaged.

Die Steuerungseinrichtung 6 arbeitet bei dieser Ausführungsvariante in der folgenden Weise: Über den Scheibenläufer 18 wird die jeweilige Drehzahl der Tretkurbel 7 erfasst. Der Elektromo-40 tor 3 wird in der Folge so angesteuert, dass die Drehzahl des Antriebsrades 1 stets in einem festen Verhältnis zu der Drehzahl der Tretkurbel 7 ist. Dieses Drehzahlverhältnis kann entweder stufenlos oder in vorbestimmten Stufen durch einen nicht dargestellten Hebel am Lenker verstellt werden. Rein kinematisch verhält sich das Fahrrad somit exakt gleichartig, wie ein herkömmliches Fahrrad mit Gangschaltung. Die Fahrgeschwindigkeit ist direkt proportional zu der 45 Drehzahl der Tretkurbel 7, wobei der Proportionalitätsfaktor vom jeweils gewählten Gang abhängt. Um nun eine geeignete und realitätsnahe Rückmeldung an den Fahrer zu verwirklichen, wird die Bremse durch die Steuereinrichtung 6 so gesteuert, dass das auf der Tretkurbel aufzubringende Moment proportional dem am Antriebsrad 1 aufgebrachten Moment ist. Dies bedeutet, dass auch die Leistung, die der Fahrer an der Tretkurbel 7 an das Fahrrad abgibt, proporti-50 onal zu der erforderlichen Vortriebsleistung ist. Sofern der Proportionalitätsfaktor 1 ist, würde sich das Fahrrad im Prinzip völlig wie ein konventionelles Fahrrad verhalten. In der Praxis wird der Proportionalitätsfaktor jedoch wesentlich kleiner als 1 aber über 0 sein und beispielsweise 0,1 betragen. Dies bedeutet, dass die an der Tretkurbel 7 aufgebrachte Leistung einen Bruchteil, zum Beispiel ein Zehntel der tatsächlich erforderlichen Leistung beträgt. Der Proportionali-55 tätsfaktor kann auch in den einzelnen Gängen unterschiedlich sein, so dass bei Auswahl einesThe control device 6 operates in this embodiment in the following manner: About the pancake 18, the respective speed of the pedal crank 7 is detected. The electromobility gate 3 is controlled in the sequence so that the rotational speed of the drive wheel 1 is always in a fixed ratio to the speed of the pedal crank 7. This speed ratio can be adjusted either steplessly or in predetermined stages by a lever, not shown on the handlebars. Pure kinematically behaves the bike thus exactly the same, like a conventional bicycle with gearshift. The driving speed is directly proportional to the 45 speed of the pedal crank 7, the proportionality factor depending on the selected gear. In order now to realize a suitable and realistic feedback to the driver, the brake is controlled by the control device 6 so that the torque to be applied to the pedal is proportional to the torque applied to the drive wheel 1. This means that the power that the driver delivers to the pedal on the pedal 7 is also proportional to the required propulsion power. If the proportionality factor is 1, the bike would in principle behave completely like a conventional bicycle. In practice, however, the proportionality factor will be substantially less than 1 but above 0 and, for example, 0.1. This means that the power applied to the pedal crank 7 is a fraction, for example, one tenth of the power actually required. The proportionality factor may also be different in the individual gears, so that when selecting a

Claims (11)

7 AT 502 532 B1 größeren Übersetzungsverhältnisses, das heißt, eines schnelleren Ganges, ein größerer Verstärkungsfaktor für die Leistung vorliegt. Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit der Ausbildung einer erfindungsgemäßen Schaltung. Durch die 5 Tretkurbel 7 wird ein Generator 22 angetrieben, der hier die Bremseinrichtung darstellt. Der vom Generator 22 erzeugte Strom wird in einer Kondensatoreinrichtung 23 zeitlich geglättet und dem Stromspeicher 5 zugeführt. Vor dem Stromspeicher 5 wird der Strom in einer Messeinrichtung 24 erfasst, so dass ein entsprechendes Steuersignal über eine Steuerleitung 25 der Steuereinrichtung 6 zugeführt werden kann. Die Steuerungseinrichtung 6 steuert über eine weitere io Steuerungsleitung 27 den Elektromotor 3, der das Fahrzeug antreibt, wobei die eigentliche Stromversorgung aus dem Stromspeicher 5 über eine Versorgungsleitung 26 erfolgt. In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsvariante der Erfindung im Detail dargestellt. Hier wird über die Steuerleitung 25 ein noch nicht geglättetes Signal (eine Kondensatoranordnung 23 15 oder dergleichen ist hier nicht vorgesehen) einem Integrationsglied 28 zugeführt. Über die Fortsetzung der Steuerleitung 25a wird die Steuerungseinrichtung 6 mit einem Signal versorgt, um die tatsächlichen Steuerungssignale über die weitere Steuerleitung 27 abgeben zu können. Anstelle des Integrationsglieds 28 kann auch ein nicht dargestellter Tiefpassfilter eingesetzt werden. 20 Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der in der Steuerleitung 25 ein Addierglied 30 vorgesehen ist. Aus der Fortsetzung 25a stromabwärts des Addierglieds 30 wird über eine Rückführleitung 28 das Signal abgenommen und einem Dämpfungs- und Verzögerungsglied 29 zugeführt. Das daraus resultierende Signal wird über die stromabwärtige Leitung 28a dem Addier-25 glied 30 als zweites Eingangssignal zugeführt. Auch durch diese Schaltung kann eine zeitliche Glättung bewirkt werden. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird erreicht, dass die Fahrbarkeit des Fahrzeugs auch bei hohen Leistungen des Motors in beträchtlicher Weise gesteigert wird, so dass auch für 30 unerfahrene Personen ein leichter und ungefährlicher Betrieb des Fahrzeugs und das Einhalten gleichmäßiger Geschwindigkeiten möglich ist. Patentansprüche: 35 1. Fahrzeug, mit mindestens einem Antriebselement (1), einem Motor (3), der mit dem Antriebselement (1) verbunden ist, einer Steuerungseinrichtung (6) zur Steuerung des Motors (3) und mit einer unabhängig vom Antriebselement (1) bewegbaren Tretkurbel (7), die mit einer Bremseinrichtung (20, 21, 22) verbunden ist, die der Drehung der Tretkurbel (7) ein 40 Widerstandsmoment entgegensetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) den Motor (3) in Abhängigkeit von dem mit der Tretkurbel (7) entsprechend dem jeweiligen Kurbelwinkel augenblicklich aufgebrachten Drehmoment bzw. einer damit zusammenhängenden Größe wie Leistung oder Drehzahl unter Anwendung einer zeitlichen Glättung steuert. 457 AT 502 532 B1 greater ratio, that is, a faster gear, a larger gain factor for the performance is present. Fig. 3 shows a possibility of forming a circuit according to the invention. By the 5 pedal crank 7, a generator 22 is driven, which represents the braking device here. The current generated by the generator 22 is smoothed in time in a capacitor device 23 and supplied to the power storage 5. Before the current memory 5, the current is detected in a measuring device 24, so that a corresponding control signal via a control line 25 of the control device 6 can be supplied. The control device 6 controls the electric motor 3, which drives the vehicle, via a further control line 27, wherein the actual power supply from the power accumulator 5 takes place via a supply line 26. 4, an alternative embodiment of the invention is shown in detail. Here, via the control line 25, a signal which has not yet been smoothed (a capacitor arrangement 23 or the like is not provided here) is supplied to an integrating element 28. Via the continuation of the control line 25a, the control device 6 is supplied with a signal in order to be able to deliver the actual control signals via the further control line 27. Instead of the integration element 28, an unillustrated low-pass filter can also be used. 20 Fig. 5 shows an embodiment in which an adder 30 is provided in the control line 25. From the continuation 25a downstream of the adder 30, the signal is removed via a return line 28 and fed to a damping and delay element 29. The resulting signal is fed via the downstream line 28a to the adder 25 as a second input signal. Also by this circuit, a temporal smoothing can be effected. By the solution according to the invention it is achieved that the driveability of the vehicle is increased considerably even at high power of the engine, so that even for 30 inexperienced persons a lighter and safe operation of the vehicle and the maintenance of uniform speeds is possible. Claims 1. Vehicle having at least one drive element (1), a motor (3) connected to the drive element (1), a control device (6) for controlling the motor (3) and having an independent drive element (3). 1) movable pedal crank (7), which is connected to a braking device (20, 21, 22), the rotation of the pedal crank (7) opposes a 40 moment of resistance, characterized in that the control device (6) the motor (3) in Dependent on the momentarily applied with the pedal crank (7) corresponding to the respective crank angle torque or a related variable such as power or speed using a temporal smoothing controls. 45 2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (3) als Elektromotor ausgebildet ist und dass ein Stromspeicher (5) zur Versorgung des Elektromotors (3) vorgesehen ist. so 3. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung als Generator (22) ausgebildet ist, der Strom in den Stromspeicher (5) lädt.2. Vehicle according to claim 1, characterized in that the motor (3) is designed as an electric motor and that a current memory (5) for supplying the electric motor (3) is provided. 3. Vehicle according to claim 2, characterized in that the braking device is designed as a generator (22), the current in the power storage (5) loads. 4. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (3) als Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung ausgebildet ist. 55 8 AT 502 532 B14. Vehicle according to claim 1, characterized in that the engine (3) is designed as an internal combustion engine with internal combustion. 55 8 AT 502 532 B1 5. Fahrzeug nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Glättung nur ungewollte kurze, über eine Drehung durch die wechselseitige Belastung der menschlichen Beine verursachte Schwankungen innerhalb einer halben Kurbelumdrehung ausgleicht. 55. Vehicle according to one of claims 1 to 4, characterized in that the smoothing compensates only unwanted short, caused by rotation by the mutual load of the human legs fluctuations within half a turn of the crank. 5 6. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Glättung durch einen analogen Tiefpassfilter in der Steuerungseinrichtung (6) verwirklicht ist. io 7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Glättung durch Bildung eines gleitenden Durchschnitts in Bezug auf das mit der Tretkurbel (7) augenblicklich aufgebrachte Drehmoment digital verwirklicht ist.6. Vehicle according to one of claims 1 to 5, characterized in that the temporal smoothing is realized by an analog low-pass filter in the control device (6). 7. Vehicle according to one of claims 1 to 5, characterized in that the temporal smoothing is realized digitally by forming a moving average with respect to the momentarily applied with the pedal crank (7) torque. 8. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche 15 Glättung durch ein Integrationsglied (28) in der Steuerungseinrichtung (6) verwirklicht ist.8. Vehicle according to one of claims 1 to 5, characterized in that the temporal 15 smoothing by an integrating member (28) in the control device (6) is realized. 9. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Glättung durch das Festlegen einer stufenlos oder stufenweise variablen Höchstgeschwindigkeit, die über einen Steuerhebel oder einen Gasgriff eingestellt wird, verwirklicht ist. 209. Vehicle according to one of claims 1 to 5, characterized in that the temporal smoothing by the setting of a continuously or stepwise variable maximum speed, which is set via a control lever or a throttle, is realized. 20 10. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Glättung durch einen Kondensator verwirklicht ist, der parallel zum Elektromotor (3) und oder zum Generator geschaltet ist.10. Vehicle according to one of claims 2 or 3, characterized in that the temporal smoothing is realized by a capacitor which is connected in parallel to the electric motor (3) and or to the generator. 11. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wider standsmoment der Bremseinrichtung (20, 21, 22) von der Steuerungseinrichtung (6) gesteuert ist.11. Vehicle according to one of claims 1 to 10, characterized in that the resistance torque of the braking device (20, 21, 22) is controlled by the control device (6). 12. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Brems- 30 einrichtung (20, 21,22) ein Schwungrad (15) umfasst.12. Vehicle according to one of claims 1 to 11, characterized in that the brake 30 device (20, 21, 22) comprises a flywheel (15). 13. Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (15) mit der Tretkurbel (7) über ein die Drehzahl erhöhendes Getriebe verbunden ist, das vorzugsweise ein Übersetzungsverhältnis von mindestens 1:3 aufweist. 35 Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 40 45 50 5513. Vehicle according to claim 12, characterized in that the flywheel (15) with the pedal crank (7) is connected via a speed-increasing transmission, which preferably has a transmission ratio of at least 1: 3. 35 of which 3 sheets drawings 40 45 50 55